Fraunhofer Forscher entwickeln industrielles Silizium-Recycling-Verfahren für alte Solarmodule

© Fraunhofer ISEFreiburg - In den kommenden Jahren erreichen immer mehr alte Solarmodule das Ende ihrer Betriebszeit. Bisher wurden zwar Materialien wie Aluminium, Glas oder Kupfer neu aufbereitet, nicht aber die Silizium Solarzellen. Das wird sich schon bald ändern.

Forschende des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben gemeinsam mit dem größten deutschen Recyclingunternehmen für PV-Module, der Reiling GmbH & Co. KG, eine Lösung entwickelt, das Silizium in alten Solarmodulen im industriellen Maßstab wiederzuverwerten.

Zehntausend Tonnen Silizium erreichen den Recyclingmarkt in Deutschland – Tendenz steigend
In Deutschland landen derzeit jährlich circa Zehntausend Tonnen Silizium in alten Photovoltaik-Modulen auf dem Recyclingmarkt, teilte das Fraunhofer ISE in Freiburg mit. Schon 2029 werden es mehrere hunderttausend Tonnen pro Jahr sein. Grund ist die erste Ausbauwelle 2009 bis 2011, diese Anlagen erreichen dann ab 2029 das Ende der EEG-Vergütung. „Es müssen daher im Vorfeld vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus ausgedienten Modulen aufgebaut werden“, so Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE.

Bereits 2021 betrug die insgesamt installierte Menge an Photovoltaik-Modulen in Deutschland ungefähr fünf Millionen Tonnen, mit einem Siliziumanteil von 150.000 Tonnen. Silizium ist als Halbleiter-Material Hauptbestandteil der Solarzellen.

Recycling kristalliner Silizium-PV-Module unabhängig vom Hersteller
Eine Arbeitsgruppe am Fraunhofer CSP hat mit der Reiling GmbH & Co. KG, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK (ehemals BMWi), ein Verfahren entwickelt, mit dem das Silizium zurückgewonnen werden kann. Möglich ist damit das Recycling sämtlicher kristalliner Silizium-PV-Module, unabhängig von Hersteller und Herkunft.

Zunächst werden in einem etablierten mechanischen Verfahren die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und gesammelt. Durch nasschemisches Ätzen erfolgt die schrittweise Entfernung des Rückseitenkontaktes, der Silberkontakte, der Antireflexschicht und letztendlich des Emitters. Das derart aufbereitete Silizium wird in Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots verarbeitet und anschließend zu Wafern weiterprozessiert.

PERC-Solarzellen aus recyceltem Silizium erreichen 19,7 Prozent Wirkungsgrad
In Zukunft wird eine Wiederverwertung des Siliziums aus Photovoltaikanlagen im industriellen Maßstab möglich sein. Am Fraunhofer ISE erfolgte die Weiterverarbeitung zu PERC-Solarzellen ohne Zusatz von kommerziellem Reinstsilizium. Auch so erreichte der Zellwirkungsgrad bereits im ersten Versuch einen Wirkungsgrad von 19,7 Prozent.“ Das liegt unter dem Wirkungsgrad heutiger Premium PERC-Solarzellen mit circa 22,2 Prozent Wirkungsgrad, aber mit Sicherheit über dem der Solarzellen in den alten, ausgemusterten Modulen“, so Dold zu den ersten Ergebnissen.